CN106769715A - 一种固体颗粒沉降速度测定仪及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种固体颗粒沉降速度测定仪及使用方法，包括溢流槽、沉降管、标尺、支架、循环水箱、调速循环水泵、缓冲水槽、流量计、物料阻隔筛、防物料溢出筛；沉降管上部设有溢流槽，溢流槽一侧侧面下部设有溢流管，溢流槽上端设有上盖；沉降管顶部设有防物料溢出筛；沉降管内设有物料阻隔筛；标尺固定在沉降管外部，沉降管通过支架固定支撑，标尺以物料阻隔筛上表面做标高的0点；沉降管下部设有缓冲水槽，沉降管与缓冲水槽插接，沉降管与缓冲水槽的连接处设有密封圈。优点是：结构简单、操作方便、测量误差小、测量效率高，使沉降速度测定仪在科研及生产中的重要作用得以方便发挥。

Description

一种固体颗粒沉降速度测定仪及使用方法

技术领域

本发明属于选矿领域，涉及用于矿物颗粒沉降速度测算的一种固体颗粒沉降速度测定仪及使用方法。

背景技术

颗粒松散分层是矿石中不同矿物分离分选的前提，而实现松散分层的必要条件是颗粒的运动，颗粒在介质的沉降是其最基本的运动形式，颗粒在介质受力的复杂性决定其沉降速度无法用受力分析及理论推导而获得。因而对固体颗粒沉降速度进行测定及计算很有意义。

目前常用的沉降管装置，存在上升水流不均、操作不便，操作不稳定、测量误差大、测量时间长等缺点，影响了其在科研及生产中的应用。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种固体颗粒沉降速度测定仪及使用方法，可高效、准确地对颗粒料径0.1-2或5mm之间窄级别物料的沉降速度进行测算。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种固体颗粒沉降速度测定仪，包括溢流槽、沉降管、标尺、支架、循环水箱、调速循环水泵、缓冲水槽、流量计、物料阻隔筛、防物料溢出筛；沉降管上部设有溢流槽，溢流槽一侧侧面下部设有溢流管，溢流槽上端设有上盖；沉降管顶部设有防物料溢出筛；沉降管内设有物料阻隔筛；标尺固定在沉降管外部，沉降管通过支架固定支撑，标尺以物料阻隔筛上表面做标高的0点；沉降管下部设有缓冲水槽，沉降管与缓冲水槽插接，沉降管与缓冲水槽的连接处设有密封圈；缓冲水槽下部为锥形，底部与排水管连接，缓冲水槽与排水管为一体式结构，排水管上设有排水阀，缓冲水槽上部连接有进水管，进水管另一端通过调速循环水泵与循环水箱连接，进水管上连接有流量计、给水阀。

所述的沉降管为圆管状透明结构。

所述的物料阻隔筛的筛孔小于待测物料，以使物料不漏出，且使上升水流均匀。

所述的支架与沉降管通过固定夹固定连接。

一种固体颗粒沉降速度测定仪的使用方法，包括以下步骤：

1)循环水箱注水至最小用水量刻度处，最小用水量为沉降管与缓冲水箱容积之和的1.5-2倍；

2)称取粒度为0.1-2或5mm的待测窄级别物料，打开溢流槽上盖和防物料溢出筛，将称好的物料倒入沉降管，物料粒群的重量由物料阻隔筛支承，并呈自然堆积状态；

3)关闭排水阀，打开给水阀，低转速启动调速循环水泵，将沉降管注满水并有水溢流出溢流管，溢流管流出的水直接或通过胶管流入循环水箱；然后关闭调速循环水泵停止加水，此时介质的流速为零，设粒群自然堆积的高度为H₀，容积浓度为λ；

4)打开调速循环水泵并逐渐提高水泵转速，提高水流速度，使物料粒群在沉降管中悬浮，粒群开始呈悬浮状态时沉降速度为最小沉降速度，记下此时标尺刻度及流量计读数；

5)梯次增大调速循环水泵转速，使物料悬浮松散至相应刻度，记下标尺刻度及流量计读数，共记录不同流速对应悬浮体高度的数据n组；

6)测量结束后，关闭调速循环水泵，打开排水阀，将沉降管和缓冲水箱内的水排入循环水箱内；松开固定夹，卸下沉降管，然后从缓冲水箱上卸下沉降管并打开防物料溢出筛，将物料倒出并清理沉降管；

7)数据计算：

λn＝V/(AH_n) (1)

式(1)中，容积浓度λ_n；被测物料体积V，由V＝G/δ计算得出，被测物料密度为δ，δ已知或测量得出；悬浮体高度H_n；

ν_n＝Q_n/A (2)

式(2)中，沉降管截面积A；上升水流流量为Q_n；沉降速度ν_n；

沉降速度ν_n与容积浓度λ_n间的关系式：

准确测定一个ν与λ后，代入式(3)，计算出常数C值，便可获得该组物料的沉降速度与容积浓度间的关系式；实验及生产中，很容易测出容积溶度，便可方便地计算出沉降速度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

沉降速度测定仪结构简单、操作方便、测量误差小、测量效率高，使沉降速度测定仪在科研及生产中的重要作用得以方便发挥。采用调速循环水泵为沉降管注水，方便调整进水速度，提高数据的测量精度；通过物料阻隔筛的设置和筛孔的限定，使物料不漏出，且使上升水流均匀，同时标尺刻度从物料阻隔筛开始计，可确保数据的准确性。使用循环水箱，可节约用水，使用过程中实现了水的循环利用。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中：1-上盖 2-防物料溢出筛 3-溢流槽 4-溢流管 5-固定夹 6-沉降管 7-标尺8-物料阻隔筛 9-密封圈 10-流量计 11-给水阀 12-进水管 13-缓冲水槽 14-排水阀 15-排水管 16-循环水箱 17-调速循环水泵 18-支架 19-底座。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。

见图1，一种固体颗粒沉降速度测定仪，包括溢流槽3、沉降管6、标尺7、支架18、循环水箱16、调速循环水泵17、缓冲水槽13、流量计10、物料阻隔筛8、防物料溢出筛2；沉降管6上部设有溢流槽3，溢流槽3一侧侧面下部设有溢流管4，溢流槽3上端设有上盖1；沉降管6顶部设有防物料溢出筛2；沉降管6内设有物料阻隔筛8；标尺7固定在沉降管6外部，沉降管6通过支架18固定支撑，标尺7以物料阻隔筛8上表面做标高的0点；沉降管6下部设有缓冲水槽13，沉降管6与缓冲水槽13插接，沉降管6与缓冲水槽13的连接处设有密封圈9；缓冲水槽13下部为锥形，底部与排水管15连接，缓冲水槽13与排水管15为一体式结构，排水管15上设有排水阀14，缓冲水槽13上部连接有进水管12，进水管12另一端通过调速循环水泵17与循环水箱16连接，进水管12上连接有流量计10、给水阀11。

其中，沉降管6为圆管状透明结构，可方便观察内部物料沉降情况。物料阻隔筛8的筛孔小于待测物料，以使物料不漏出，且使上升水流均匀。支架18与沉降管6通过固定夹5固定连接。

固体颗粒沉降速度测定仪的使用方法，包括以下步骤：

1)循环水箱16注水至最小用水量刻度处，最小用水量为沉降管6与缓冲水箱容积之和的1.5-2倍；

2)称取粒度为0.1-2或5mm的待测窄级别物料，打开溢流槽3上盖1和防物料溢出筛2，将称好的物料倒入沉降管6，物料粒群的重量由物料阻隔筛8支承，并呈自然堆积状态；

3)关闭排水阀14，打开给水阀11，低转速启动调速循环水泵17，将沉降管6注满水并有水溢流出溢流管4，溢流管4流出的水直接或通过胶管流入循环水箱16；然后关闭调速循环水泵17停止加水，此时介质的流速为零，设粒群自然堆积的高度为H₀，容积浓度为λ；

4)打开调速循环水泵17并逐渐提高水泵转速，提高水流速度，使物料粒群在沉降管6中悬浮，粒群开始呈悬浮状态时沉降速度为最小沉降速度，记下此时标尺7刻度及流量计10读数；

5)梯次增大调速循环水泵17转速，使物料悬浮松散至相应刻度，记下标尺7刻度及流量计10读数，共记录不同流速对应悬浮体高度的数据n组；

6)测量结束后，关闭调速循环水泵17，打开排水阀14，将沉降管6和缓冲水箱内的水排入循环水箱16内；松开固定夹5，卸下沉降管6，然后从缓冲水箱上卸下沉降管6并打开防物料溢出筛2，将物料倒出并清理沉降管6；

7)数据计算：

λn＝V/(AH_n) (1)

式(1)中，容积浓度λ_n；被测物料体积V，由V＝G/δ计算得出，被测物料密度为δ，δ已知或测量得出；悬浮体高度H_n；

ν_n＝Q_n/A (2)

式(2)中，沉降管6截面积A；上升水流流量为Q_n；沉降速度ν_n；

被测物料密度为δ可通过测比重的比重计测得；也可用天平测出物料重量m，用排水法测出物料体积V，m/V即为物料密度。

沉降速度ν_n与容积浓度λ_n间的关系式：

准确测定一个ν与λ后，代入式(3)，计算出常数C值，便可获得该组物料的沉降速度与容积浓度间的关系式；实验及生产中，很容易测出容积溶度，便可方便地计算出沉降速度。

实施例：

见图1，沉降管6呈圆管形，采用有机玻璃材料，方便观察，沉降管6内径50mm，沉降管6有效高度850mm，沉降管6上部距沉降管6顶20mm处设有溢流槽3，溢流槽3内径150mm，溢流槽3侧面下部设有溢流管4。溢流槽3上端设有上盖1，防止上升水流大时冲出溢流槽3。

在沉降管6顶部设有防物料溢出筛2，筛孔均匀且尺寸小于待测物料，优选0.075mm，防止水流过大时物料溢出。在离沉降管6顶端长700mm，底端长150mm处的管内设有物料阻隔筛8，筛孔均匀且尺寸小于待测物料，优选0.075mm，以使物料不漏出且上升水流均匀。

沉降管6侧面设有标尺7，标尺7以物料阻隔筛8上表面做标高的0点，刻度以cm为主单位、mm为次单位向上延伸，直到600mm。

沉降管6下部设有缓冲水槽13，缓冲水槽13顶部为物料筛下100mm处，即沉降管6下部在缓冲水槽13中长度为50mm，缓冲水槽13内径150mm，总高度150mm。沉降管6与缓冲水槽13连接处设有密封圏，沉降管6插入缓冲水槽13并旋紧连接，方便旋转拔出后卸料。

缓冲水槽13下部按呈锥形缩小为直径20mm高200mm的排水管15，排水管15处设有排水阀14，用于排出沉降管6中的水。

缓冲槽侧面距缓冲槽上部30mm处设有进水管12，进水管12与流量计10、给水阀11、调速循环水泵17和循环水箱16相连接。循环水箱16放置于底座19上，底座19侧面有支架18，支架18上有两个沉降管6固定夹5，用于固定沉降管6。

使用时，包括以下步骤：

1)循环水箱16注水至最小用水量刻度处，最小用水量为沉降管6与缓冲水箱容积之和的1.5-2倍；

2)称量50～200g待测窄级别物料(物料尺寸0.1-2或5mm之间，颗粒粒度小，用量可少些)，打开溢流槽3上盖1和物料阻隔筛8，将称好的物料倒入沉降管6。物料粒群的重量由物料隔筛支承，并呈自然堆积状态；

3)关闭排水阀14，打开给水阀11，低转速启动调速循环水泵17，将沉降管6注满水并有水由溢流管4流出，溢流管4流出的水直接或通过胶管流入循环水箱16。然后将关闭循环泵停止加水，此时介质的流速为零，设粒群自然堆积的高度为H₀(床层高度)，容积浓度为λ；

4)打开调速循环水泵17并逐渐提高水泵转速，提高水流速度，使物料粒群在沉降管6中悬浮；粒群开始呈悬浮状态时沉降速度为最小沉降速度，记下标尺7刻度及流量计10读数；

5)梯次增大水泵转速，使物料悬浮松散至相应刻度，记下标尺7刻度及流量计10读数，共记录不同流速对应悬浮体高度的数据6～8组，公式中用n计。

6)测量结束后，关闭调速循环水泵17，打开排水阀14，将沉降管6和缓冲水箱内的水排入循环水箱16内；松开固定夹5，卸下沉降管6，然后从缓冲水箱上旋下沉降管6并打开防物料溢出筛2，将物料倒出并洗净沉降管6；

7)数据处理与计算。方法如下：

被测物料密度为δ(已知或可测)，被测物料体积V(可由G/δ计算而得)，沉降管6截面积A，悬浮体高度H_n，上升水流流量为Q_n，沉降速度νn；

λn＝V/(AHn)；νn＝Qn/A；

沉降速度ν_n与容积浓度λ_n间的关系式：

准确测定一个ν与λ后，代入式(3)，计算出常数C值，便可获得该组物料的沉降速度与容积浓度间的关系式；实验及生产中，很容易测出容积溶度，便可方便地计算出沉降速度。

本发明的测定仪结构简单、操作方便、测量误差小、测量效率高，使沉降速度测定仪在科研及生产中的重要作用得以方便发挥。采用调速循环水泵17为沉降管6注水，方便调整进水速度，提高数据的测量精度；通过物料阻隔筛8的设置和筛孔的限定，使物料不漏出，且使上升水流均匀，同时标尺7刻度从物料阻隔筛8开始计，可确保数据的准确性。使用循环水箱16，可节约用水，使用过程中实现了水的循环利用。

Claims (5)

1.一种固体颗粒沉降速度测定仪，其特征在于，包括溢流槽、沉降管、标尺、支架、循环水箱、调速循环水泵、缓冲水槽、流量计、物料阻隔筛、防物料溢出筛；沉降管上部设有溢流槽，溢流槽一侧侧面下部设有溢流管，溢流槽上端设有上盖；沉降管顶部设有防物料溢出筛；沉降管内设有物料阻隔筛；标尺固定在沉降管外部，沉降管通过支架固定支撑，标尺以物料阻隔筛上表面做标高的0点；沉降管下部设有缓冲水槽，沉降管与缓冲水槽插接，沉降管与缓冲水槽的连接处设有密封圈；缓冲水槽下部为锥形，底部与排水管连接，缓冲水槽与排水管为一体式结构，排水管上设有排水阀，缓冲水槽上部连接有进水管，进水管另一端通过调速循环水泵与循环水箱连接，进水管上连接有流量计、给水阀。

2.根据权利要求1所述的一种固体颗粒沉降速度测定仪，其特征在于，所述的沉降管为圆管状透明结构。

3.根据权利要求1所述的一种固体颗粒沉降速度测定仪，其特征在于，所述的物料阻隔筛的筛孔小于待测物料，以使物料不漏出，且使上升水流均匀。

4.根据权利要求1所述的一种固体颗粒沉降速度测定仪，其特征在于，所述的支架与沉降管通过固定夹固定连接。

5.根据权利要求1所述的一种固体颗粒沉降速度测定仪的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)循环水箱注水至最小用水量刻度处，最小用水量为沉降管与缓冲水箱容积之和的1.5-2倍；

2)称取粒度为0.1-2或5mm的待测窄级别物料，打开溢流槽上盖和防物料溢出筛，将称好的物料倒入沉降管，物料粒群的重量由物料阻隔筛支承，并呈自然堆积状态；

3)关闭排水阀，打开给水阀，低转速启动调速循环水泵，将沉降管注满水并有水溢流出溢流管，溢流管流出的水直接或通过胶管流入循环水箱；然后关闭调速循环水泵停止加水，此时介质的流速为零，设粒群自然堆积的高度为H₀，容积浓度为λ；

4)打开调速循环水泵并逐渐提高水泵转速，提高水流速度，使物料粒群在沉降管中悬浮，粒群开始呈悬浮状态时沉降速度为最小沉降速度，记下此时标尺刻度及流量计读数；

5)梯次增大调速循环水泵转速，使物料悬浮松散至相应刻度，记下标尺刻度及流量计读数，共记录不同流速对应悬浮体高度的数据n组；

6)测量结束后，关闭调速循环水泵，打开排水阀，将沉降管和缓冲水箱内的水排入循环水箱内；松开固定夹，卸下沉降管，然后从缓冲水箱上卸下沉降管并打开防物料溢出筛，将物料倒出并清理沉降管；

7)数据计算：

λn＝V/(AH_n) (1)

式(1)中，容积浓度λ_n；被测物料体积V，由V＝G/δ计算得出，被测物料密度为δ，δ已知或测量得出；悬浮体高度H_n；

ν_n＝Q_n/A (2)

式(2)中，沉降管截面积A；上升水流流量为Q_n；沉降速度ν_n；

沉降速度ν_n与容积浓度λ_n间的关系式：

$v_n=C{(1-{\mathrm{\λ}}_n)}^{\left(\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_n}-1\right)}---\left(3\right)$

准确测定一个ν与λ后，代入式(3)，计算出常数C值，便可获得该组物料的沉降速度与容积浓度间的关系式；实验及生产中，很容易测出容积溶度，便可方便地计算出沉降速度。